(57)【要約】【課題】ロックホッパの減圧に際し、機器構成材料を許容温度の範囲内に保ち、かつロックホッパの処理能力を向上させる。【解決手段】粉体が格納される加圧可能なロックホッパ４と、このロックホッパ４の上部に接続され、粉体弁３を介装した粉体入口配管と、前記ロックホッパ４の底部に接続され、粉体弁５を介装した粉体出口配管と、前記ロックホッパ４の上部に接続され、ロックホッパ４を加圧する加圧系統配管２０と、前記ロックホッパ４に接続され、ロックホッパ４を減圧する脱圧系統配管１１と、を含んでロックホッパ装置を構成し、前記脱圧系統配管１１をその全長に亙って加熱する加温装置１３を設けた。【選択図】図１
2010254382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体が格納される加圧可能なホッパ容器と、このホッパ容器の上部に接続され、弁を介装した粉体入口配管と、前記ホッパ容器の底部に接続され、弁を介装した粉体出口配管と、前記ホッパ容器に接続され、ホッパ容器を加圧するための加圧系統配管と、前記ホッパ容器に接続され、ホッパ容器を減圧するための脱圧系統配管とを含んでなるロックホッパ装置において、
前記脱圧系統配管を加熱する加温装置が設けられていることを特徴とするロックホッパ装置。
【請求項２】
請求項１記載のロックホッパ装置において、
前記脱圧系統配管に介装された開度調整可能な脱圧調整弁と、前記ホッパ容器の内圧に基づいて前記脱圧調整弁の開度を制御する脱圧制御手段とを有してなることを特徴とするロックホッパ装置。
【請求項３】
請求項１記載のロックホッパ装置において、
前記脱圧系統配管に介装された開度調整可能な脱圧調整弁と、前記脱圧系統配管のあらかじめ設定された個所の温度に基づいて前記脱圧調整弁の開度を制御する脱圧制御手段とを有してなることを特徴とするロックホッパ装置。
【請求項４】
請求項１記載のロックホッパ装置において、
前記脱圧系統配管の前記ホッパ容器への接続部分に、ホッパ容器から下流側に向かって、流路断面積が連続的に減少する部分が形成されていることを特徴とするロックホッパ装置。
【請求項５】
石炭粒子をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉に原料となる石炭粒子を乾式供給するロックホッパ装置と、前記石炭ガス化炉で生成された可燃性ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と、このガスタービン発電装置から排出される排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで生成された蒸気を用いて発電する蒸気タービン発電装置と、を含んでなる石炭ガス化複合発電システムにおいて、
前記ロックホッパ装置が請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックホッパ装置を含み、該ロックホッパ装置の前記加温装置の熱源として、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気もしくは前記石炭ガス化炉に内装された熱回収手段で生成された蒸気を用いるように構成されていることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【請求項６】
石炭粒子をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉に原料となる石炭粒子を乾式供給するロックホッパ装置と、前記石炭ガス化炉で生成された可燃性ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と、このガスタービン発電装置から排出される排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで生成された蒸気を用いて発電する蒸気タービン発電装置と、を含んでなる石炭ガス化複合発電システムにおいて、
前記ロックホッパ装置が請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックホッパ装置を含み、該ロックホッパ装置の前記加温装置の熱源として、前記ガスタービン発電装置の排ガスを用いるように構成されていることを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【請求項７】
粉体が格納される加圧可能なホッパ容器と、このホッパ容器の上部に接続され、弁を介装した粉体入口配管と、前記ホッパ容器の底部に接続され、弁を介装した粉体出口配管と、前記ホッパ容器に接続され、ホッパ容器を加圧するための加圧系統配管と、前記ホッパ容器に接続され、ホッパ容器を減圧するための脱圧系統配管とを含んでなるロックホッパ装置の運転方法において、
前記ホッパ容器を減圧するとき、前記脱圧系統配管を加熱しながら減圧することを特徴とするロックホッパ装置の運転方法。
【請求項８】
請求項７に記載のロックホッパ装置の運転方法において、
前記ホッパ容器を減圧するとき、前記脱圧系統配管系を設定温度以上に加熱しながら減圧することを特徴とするロックホッパ装置の運転方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のロックホッパ装置の運転方法において、
前記ホッパ容器を減圧するとき、前記ホッパ容器の内圧又は前記脱圧系統配管の温度に基づいて、前記脱圧系統配管に介装された脱圧調整弁の開度を制御することを特徴とするロックホッパ装置の運転方法。
【請求項１０】
石炭粒子をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉に原料となる石炭粒子を乾式供給するロックホッパ装置と、前記石炭ガス化炉で生成された可燃性ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と、このガスタービン発電装置から排出される排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで生成された蒸気を用いて発電する蒸気タービン発電装置とを含んでなる石炭ガス化複合発電システムの運転方法において、
前記ロックホッパ装置が請求項１又は２に記載のロックホッパ装置を含んで構成され、前記ホッパ容器を減圧するとき、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気もしくは前記石炭ガス化炉に内装された熱回収手段で生成された蒸気を用いて、前記脱圧系統配管を加熱しながら減圧することを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【請求項１１】
石炭粒子をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉に原料となる石炭粒子を乾式供給するロックホッパ装置と、前記石炭ガス化炉で生成された可燃性ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と、このガスタービン発電装置から排出される排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで生成された蒸気を用いて発電する蒸気タービン発電装置とを含んでなる石炭ガス化複合発電システムの運転方法において、
前記ロックホッパ装置が請求項1又は2に記載のロックホッパ装置を含んで構成され、前記ホッパ容器を減圧するとき、前記ガスタービン発電装置の排ガスを用いて、前記脱圧系統配管を加熱しながら減圧することを特徴とする石炭ガス化複合発電システムの運転方法。
【請求項１２】
石炭粒子をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉に原料となる石炭粒子を乾式供給するロックホッパ装置と、前記石炭ガス化炉で生成された可燃性ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と、このガスタービン発電装置から排出される排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで生成された蒸気を用いて発電する蒸気タービン発電装置とを含んでなる石炭ガス化複合発電システムの運転方法において、
前記ロックホッパ装置が請求項４に記載のロックホッパ装置を含んで構成され、前記ホッパ容器を減圧するとき、前記排熱回収ボイラで生成された蒸気もしくは前記石炭ガス化炉に内装された熱回収手段で生成された蒸気を用いて、前記脱圧系統配管系を設定温度以上に加熱しながら減圧することを特徴とする石炭ガス化複合発電システム。
【請求項１３】
石炭粒子をガス化して可燃性ガスを生成する石炭ガス化炉と、この石炭ガス化炉に原料となる石炭粒子を乾式供給するロックホッパ装置と、前記石炭ガス化炉で生成された可燃性ガスを燃料として発電するガスタービン発電装置と、このガスタービン発電装置から排出される排ガスを用いて蒸気を生成する排熱回収ボイラと、この排熱回収ボイラで生成された蒸気を用いて発電する蒸気タービン発電装置とを含んでなる石炭ガス化複合発電システムの運転方法において、
前記ロックホッパ装置が請求項４に記載のロックホッパ装置を含んで構成され、前記ホッパ容器を減圧するとき、前記ガスタービン発電装置の排ガスを用いて、前記脱圧系統配管系を設定温度以上に加熱しながら減圧することを特徴とする石炭ガス化複合発電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧された装置へ粉体を連続的に乾式供給するためのロックホッパ装置及び運転方法に係り、特に、石炭をガス化してガスタービンに供給し発電する石炭ガス化複合発電システムにおいて、ガス化炉へ石炭粒子を乾式供給するための石炭供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧された装置へ粉体を連続的に乾式供給する方法としては、ロックホッパ装置が広く用いられている。ロックホッパ装置の主な用途として石炭ガス化複合発電システムがある。石炭ガス化複合発電システムは、石炭を固体の状態で直接燃焼させるのではなく、酸化剤によりガス化反応を生じさせて固体の石炭を可燃性ガスに変換し、得られた可燃性ガスをガスタービンや燃料電池などの発電装置に供給して電気エネルギに変換するシステムである。また、このプロセスで発生した熱を利用して蒸気を発生させ、この蒸気を蒸気タービンに供給して電気エネルギに変換する。
【０００３】
石炭ガス化では、一般に、２〜３ＭＰａ程度に加圧されたガス化炉に石炭粒子を乾式供給するために、主にロックホッパ装置が採用されている。また、ガス化炉で生成された高温の可燃性ガス中には、石炭がガス化反応を完結せずに残存した未反応の炭素や、石炭中に含まれる灰分が微小な粒子として含まれているため、サイクロンやフィルタなどの高温脱塵装置によりそれら粒子が回収され、ロックホッパ装置を介してガス化炉へリサイクルされている。
【０００４】
ロックホッパ装置は、主に上下に並んだ三つのホッパ容器で構成されており、最上段は常に大気圧のままである常圧ホッパ、２段目は大気圧（常圧）の状態と加圧の状態を周期的に繰り返すロックホッパ、最下段に、常に加圧状態を保つ供給ホッパが配置されている。常圧ホッパに供給された粉体は、最初に、常圧ホッパからロックホッパへ、次ぎにロックホッパから供給ホッパへ、夫々上下二つのホッパの圧力が同じになった時点で間を仕切る弁を開いて、上段のホッパから下段のホッパヘ重力により落とし込まれる。
【０００５】
供給ホッパに加圧状態で貯えられた粉体は、例えばロードセルで計量しながらロータリバルブにより定量払い出され、その後エゼクタにより気体搬送されて加圧された後工程の装置へ送られる。ロックホッパには、ホッパ内圧を供給ホッパの圧力まで上昇させるための加圧系統配管と、ホッパ内圧を常圧に低下させるための脱圧系統配管が接続されている。ロックホッパは、これらの配管により、加圧して供給ホッパと均圧し、また脱圧して常圧ホッパと均圧する操作を交互に繰り返している。なお、常圧ホッパは大気圧に保たれると説明したが、供給ホッパよりも低圧であれば、常圧ホッパは大気圧より高い圧力であってもロックホッパ装置は成立する。
【０００６】
石炭の加圧ガス化装置で従来用いられているロックホッパ装置としては、例えば以下の述べるものがある。
ａ．特許文献１：ロックホッパに加圧用窒素の系統を設置するとシステムが複雑になるので、代わりに空気を用いることでシステムを簡略化している。
ｂ．特許文献２：ロックホッパ加圧のために窒素製造装置、貯蔵装置をつけるとシステムが複雑になるので、代わりに排熱回収ボイラ出口の排ガスを用いることでシステムを簡略化している。
ｃ．特許文献３：粒状固体とガスの混合物を反応器まで均一に送るために、ホッパに固体へ通気する手段と固体を放出する手段を設ける。
ｄ．特許文献４：供給する粉体の濃度調整が困難なため、供給容器の中心から同心円状にホッパを複数配置する。
ｅ．特許文献５：生成ガスラインへの影響を緩和して運転性、信頼性の向上を図るために、脱圧系統にバッファタンクと流量調整弁を備えて脱圧調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２―２８５９９０号公報
【特許文献２】特開昭６４―６２３９０号公報
【特許文献３】特開平２−３３０３０号公報
【特許文献４】特開平７−２８５６６５号公報
【特許文献５】特開平１１−１１６９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ロックホッパ装置の運用サイクルにおいて問題になるのは脱圧操作である。一般に圧力容器から配管（脱圧配管）を介して気体を放出して減圧する場合、脱圧配管で気体の体積変化に基づく内部エネルギの変化が生じるために、多くの実在気体では温度が低下する（水素とヘリウムは例外）。ロックホッパ装置においても、一度に大量の高圧ガスを排出して急激に減圧すると、断熱膨張により温度降下するガスが機器を冷却し、構成材料を低温脆化させる惧れがある。
【０００９】
例えば、石炭処理量５０ｔ／ｄの石炭ガス化試験プラントにおいては、石炭供給装置として内容積４ｍ３のロックホッパ２基を備え、加圧気体に窒素を使用した。このロックホッパを３．２ＭＰａから大気圧まで減圧させる脱圧操作では、６分間で脱圧したときには最大で―５８℃、８分間で脱圧したときには同じく最大で―３７℃の温度降下が測定された。脱圧配管に使用した炭素鋼配管（ＳＴＰＧ３７０）の最低使用可能温度は、使用時の応力を考慮すると―２５℃であり、上記脱圧条件では使用できない。
【００１０】
このような事態の対策として、従来のロックホッパ装置では、脱圧系統にガス排出量を制限する抵抗手段を設けて脱圧時間を延長し、温度降下を緩和していた。前記試験プラントでは、脱圧配管に径８ｍｍの限流オリフィスを挿入することにより脱圧時間を２８分程度にまで延長し、温度降下を約―１０℃にとどめることができた。前記試験プラントのロックホッパは、加圧・脱圧操作を約７０分のサイクルで繰り返して運用されたが、この低温化対策のために、運用サイクルの中で脱圧操作の時間が占める割合が非常に大きくなってしまい、装置の処理量は低いレベルにならざるを得なかった。
【００１１】
また、従来のロックホッパ装置では、脱圧時に脱圧配管内の圧力が急激に変化する個所で、局所的に大きな温度降下が生じることが問題になっていた。前記試験プラントにおける脱圧系統配管は、ロックホッパに接続された内径３８．１ｍｍ、長さ１２．１ｍの鋼管と、この鋼管の末端に接続された自動開閉弁と、この自動開閉弁の直後に配置された径８ｍｍの限流オリフィスと、この限流オリフィス出側にレジューサを介して接続された内径５０．１ｍｍ、長さ７．９ｍの鋼管と、を含んで構成されている。この脱圧系統配管で、脱圧時の温度降下を測定した結果、局所的に最も大きな温度降下が生じたのは、ロックホッパと脱圧配管の接続部分であった。この接続部分の温度降下は、自動開閉弁の直後に配置された限流オリフィス部分の１．５〜１．７倍であった。
【００１２】
局所的に大きな温度降下が生じると、構造材料の低温脆化と温度差に起因する熱応力が同時に同じ場所に生じる。このため、ロックホッパの加圧・脱圧操作の繰り返しは、同一個所に、低温脆化と熱応力が繰り返し負荷されることを意味し、材料の破損の原因となる。
【００１３】
例えば、石炭処理量１５０ｔ／ｄの石炭ガス化プラントでは、石炭供給装置として内容積１０ｍ３のロックホッパ２基を要するとみられるが、予測される商用規模の石炭ガス化複合発電システムの石炭処理量は、２０００〜２５００ｔ／ｄである。このような容量の石炭処理に対応できる処理能力を持つロックホッパとするには、上記低温化に関する諸問題を解決し、処理能力と信頼性の向上を図る必要がある。
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、ロックホッパの減圧に際し、機器構成材料を許容温度の範囲内に保ち、かつロックホッパの処理能力を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ロックホッパの処理能力を向上させるには、脱圧操作に要する時間を短縮する必要がある。脱圧操作に要する時間を短縮すると、脱圧系統配管に減圧に伴なう温度降下が生じる。発明者等は、脱圧系統配管に減圧に伴なう温度降下が生じても、脱圧系統配管の温度が許容温度以下に低下するのを回避するのに成功した。
【００１６】
すなわち、上記課題を解決する本発明は、粉体が格納される加圧可能なホッパ容器と、このホッパ容器の上部に接続され、弁を介装した粉体入口配管と、前記ホッパ容器の底部に接続され、弁を介装した粉体出口配管と、前記ホッパ容器に接続され、ホッパ容器を加圧するための加圧系統配管と、前記ホッパ容器に接続され、ホッパ容器を減圧するための脱圧系統配管と、を含んでなるロックホッパ装置において、前記脱圧系統配管を加熱する加温装置が設けられていることを特徴とする。この場合、脱圧系統配管系を設定温度又は設定温度以上に加熱しながら減圧することができる。
【００１７】
この加温装置により脱圧操作時の脱圧系統配管を加熱し、脱圧系統配管の機器低温化を防止する。加温装置の熱源としては、脱圧系統配管の機器構成材料を許容下限温度以上に保つものであればどのようなものでもよいが、例えば、電熱、排熱回収ボイラあるいは石炭ガス化炉本体に設備される熱交換手段で生成される蒸気を用いるスチームジャケットやスチームトレース、ガスタービンの排ガスを用いたヒータの使用が可能である。
【００１８】
また、加温装置に加えて、脱圧系統配管のホッパ容器への接続部分に、ホッパ容器から下流側に向かって、流路断面積が連続的に減少する部分を形成することができる。つまり、脱圧系統配管では、ホッパ容器に接続する部分の圧力変化の度合が大きいため、温度が低下しやすい。したがって、脱圧系統配管とホッパ容器の接続部分に、ホッパ容器から下流側に離れるにつれて、脱圧系統配管の流路断面積を連続的に減少させる形状を設けることにより、急激な圧力降下に伴う温度の低下を抑えることができる。例えば、レジューサにより流路断面積を減少させる構成、テーパ管を使用して流路断面積を減少させる構成、あるいはベルマウスノズルを使用して流路断面積を減少させる構成などが採用可能である。このような形状とすることで、大きな圧力勾配が生ずるのを避け、局所的に過大な低温化が生じるのを緩和することができる。
【００１９】
上述の構成により、一度に大量の加圧用気体をロックホッパから排出して急激に減圧した場合でも、機器構成材料を許容温度の範囲内に保ち、脱圧操作に要する時間を短縮してロックホッパ装置の処理能力を向上できる。なお、粉体を貯留した加圧容器の減圧速度は、粉体の飛散により制約される。脱圧中に容器内部で生じる上昇ガスの流速は、粉体の終末速度を越えると大量の粉体粒子が飛散して、粒子の損失、管や弁の磨耗が問題となる。したがって、本発明では粒子飛散が生じない範囲にて減圧速度を高める手段を提供することができる。
【００２０】
上記加温装置に加え、脱圧系統配管に開度調整可能な流量調整弁（脱圧調整弁）を介装し、この弁の開度を、脱圧するホッパ容器の内圧に基づいて制御する脱圧制御手段を設けてもよい。この場合、脱圧操作の初期のホッパ圧力が高い状態では前記弁の開度を絞り込み、ホッパ圧力の低下につれて前記弁の開度を大きくする操作を行うことで、急激な減圧に伴なう低温化を避けることができる。
【００２１】
ホッパ容器の内圧に基づいて前記弁の開度を制御する脱圧制御手段の代わりに、脱圧系統配管の温度を検出して検出した温度に基づいて前記弁の開度を制御する脱圧制御手段としてもよい。この場合、検出した配管温度が許容下限温度を下回ることがないように、検出した配管温度が許容下限温度に近づいたら、前記弁の開度を絞って減圧の速度を低下させ、減圧による温度低下を緩和させるように制御する。また、脱圧系統配管の温度を検出する位置は、脱圧系統配管のなかで温度の低下しやすい場所をあらかじめ選定しておくことが望ましい。
【００２２】
上述のように、脱圧調整弁の開度を制御して減圧速度を調整することで温度低下を緩和することが可能になり、したがって脱圧系統配管を加温する熱源の使用量を低減することが可能になる。
【００２３】
上述のようなロックホッパ装置を石炭ガス化複合発電システムに適用した場合、加温装置の熱源として、例えば、排熱回収ボイラあるいは石炭ガス化炉における熱回収で得られた蒸気を用いるのが望ましい。熱回収で得られた蒸気の代わりに、ガスタービン発電装置から排出される排ガスを用いてもよい。このように構成することで、全体としてのプラント効率が向上する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、機器構成材料の温度を許容温度範囲内に保ちながら、脱圧操作に要する時間を短縮し、ロックホッパ装置の処理能力を向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す系統図である。
【図２】図１に示す実施の形態において、脱圧系統配管の加温装置の熱源に電熱を用いる例を示す系統図である。
【図３】図１に示す実施の形態において、脱圧系統配管の加温装置の熱源に排熱回収ボイラで生成された蒸気を用いる例を示す系統図である。
【図４】図１に示す実施の形態において、脱圧系統配管の加温装置の熱源にガスタービンの排ガスの一部を用いる例を示す系統図である。
【図５】図２に示す脱圧系統配管の脱圧調整弁の制御を、当該脱圧系統配管の温度を入力とする脱圧制御装置によって行う例を示す系統図である。
【図６】図３に示す脱圧系統配管の脱圧調整弁の制御を、当該脱圧系統配管の温度を入力とする脱圧制御装置によって行う例を示す系統図である。
【図７】図４に示す脱圧系統配管の脱圧調整弁の制御を、当該脱圧系統配管の温度を入力とする脱圧制御装置によって行う例を示す系統図である。
【図８】図１に示す実施の形態において、レジューサの代わりに用いる配管の管径減少の例を示す斜視図である。
【図９】本発明が適用された石炭ガス化複合発電システムの例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図９に本実施の形態が適用される石炭ガス化複合発電システムの全体構成を示す。図示のシステムは、石炭ガス化炉５８で生成された可燃性ガスを高温脱塵装置６０で脱塵し、次いでガス精製装置７２で精製する。精製されたガスはガスタービン７３に送られて燃焼ガスとなってガスタービンを駆動し、発電するとともにコンプレッサ７４を駆動する。ガスタービン７３を駆動したガスは燃焼排ガスとなって排熱回収ボイラ７８に導かれ、蒸気を生成する。生成された蒸気は蒸気ドラム７９を経て蒸気タービン８０に送られ、蒸気タービンを駆動して発電する。排熱回収ボイラ７８を通過した燃焼排ガスは、煙突８１から大気に放出される。
【００２７】
高温脱塵装置６０で回収された未燃炭素分（チャー）を含む粉塵は、高温脱塵装置６０、チャーロックホッパ６２、チャー供給ホッパ６４、脱圧調整弁６９を介装した脱圧系統配管６８、加圧調整弁７１を介装した加圧系統配管７０、粉体弁６１，６３、ロータリーバルブ６５、エゼクタ６６からなるチャーリサイクルロックホッパシステムで、チャーバーナ６７を介してガス化炉５８に戻される。
粉砕されて粉体となった原料炭は、石炭常圧ホッパ４６、石炭ロックホッパ４８、石炭供給ホッパ５０、脱圧調整弁５５を介装した脱圧系統配管５４、加圧調整弁５７を介装した加圧系統配管５６、粉体弁４７，４９、ロータリーバルブ５１、エゼクタ５２からなる原料ロックホッパシステムにより、石炭バーナ５３を介してガス化炉５８に供給される。
コンプレッサ７４の圧縮空気吐出側には空気分離装置７５が接続され、圧縮空気から窒素と酸素が分離される。分離された窒素は前記エゼクタ５２，６６に供給されてエゼクタを駆動し、分離された酸素は酸化剤としてガス化炉５８に供給される。
【００２８】
ガス化炉５８に供給された原料炭は、酸化剤と炉内で反応し、可燃性ガスが生成される。この可燃性ガスは、高温脱塵装置６０に導かれ、上述の処理が行なわれる。なお、ガス化炉５８には、シンガスクーラ５９が設けられ、炉内の熱を回収して蒸気を生成し、前記蒸気タービンその他の負荷に供給するようになっている。
【００２９】
以下、上記原料ロックホッパシステムについて説明する。図１に本実施の形態に係る原料ロックホッパシステムの構成を示す。図示の原料ロックホッパシステムは、最上部に配置された常圧ホッパ２と、常圧ホッパ２の下方に配置され、該常圧ホッパ２の底部に粉体弁３を介装した粉体入口配管で接続されたロックホッパ４と、ロックホッパ４の下方に配置され、該ロックホッパ４の底部に粉体弁５を介装した粉体出口配管で接続された供給ホッパ６と、常圧ホッパ２の上部（気相部）とロックホッパ４の上部（気相部）を均圧弁２６を介して接続する均圧配管２５と、ロックホッパ４の上部（気相部）と供給ホッパ６の上部（気相部）を均圧弁２７を介して接続する均圧配管２８と、を含んで構成されている。
【００３０】
供給ホッパ６の底部にはロータリーバルブ７、粉体弁８を介してエゼクタ９の吸込み側が接続され、エゼクタ９の吐出側は、ロックホッパ装置出口配管１０を介して石炭ガス化炉５８に接続されている。また、エゼクタ９の駆動流体入り側には、搬送用ガス供給配管２４が接続されている。供給ホッパ６の支持部には、ロードセル２２が装着され、このロードセル２２の出力を入力として前記ロータリーバルブ７の回転を制御する粉体流量制御装置２３が設けられている。
【００３１】
ロックホッパ４の上部（気相部）には、開度調整が可能な加圧調整弁２１を介装した加圧系統配管２０が接続され、加圧調整弁２１は、ロックホッパ４の圧力を検出して出力する圧力検出器１８の出力を入力とする脱圧制御手段である脱圧制御装置１９により開度制御されるようになっている。ロックホッパ４の上部（気相部）にはまた、開度調整が可能な脱圧調整弁１５を介装した脱圧系統配管１１が接続され、脱圧系統配管１１の下流端はサイレンサ１７で大気に開放されている。脱圧調整弁１５の下流側配管にはオリフィス１６が装着され、脱圧調整弁１５の上流側配管にはフィルタ１４が装着されている。フィルタ１４の更に上流側には、レジューサ１２が大径端をロックホッパ４にして配置されていて、レジューサ１２のフィルタ１４側配管は、レジューサ１２のロックホッパ側配管よりも、小さい径になっている。また、脱圧調整弁１５は、前記圧力検出器１８の出力を入力とする脱圧制御装置１９により開度制御されるようになっている。
【００３２】
脱圧系統配管１１にはその全長に亙って加温装置１３が装着され、系統全体を加熱することができるようになっている。前記試験プラントにおいては、脱圧系統配管にスチームトレースを設けた結果、脱圧時間を前記２８分程度から１５分程度にまで短縮できた。
【００３３】
前記脱圧制御装置１９は、ロックホッパ４の圧力を監視しつつあらかじめ定められた手順にしたがって、脱圧調整弁１５及び加圧調整弁２１を制御して、ロックホッパ４の加圧操作、脱圧操作を繰り返す。この場合、ロックホッパ４の圧力が高い間は脱圧調整弁１５の開度を絞り、ロックホッパ４の圧力が低下するにつれて脱圧調整弁１５の開度を大きくすることで、ロックホッパ４の圧力降下の速度をできるだけ均一に保つようにする。圧力降下の速度を均一に保つことで急激な圧力低下に伴なう温度降下を回避できる。
【００３４】
前記レジューサ１２は、ロックホッパ４に接続された部分の配管の大きさを大きくしてロックホッパと脱圧配管の接続部の圧力勾配を小さくし、脱圧時の温度低下を抑制している。レジューサとしては、例えば前記１５０ｔ／ｄ容量の装置では、大径側呼び径１００Ａ、小径側呼び径６５Ａとし、脱圧調整弁１５に向かって流路断面積が縮小するように構成した。
【００３５】
前記加温装置１３は、脱圧時に脱圧系統配管１１を加熱して、脱圧による脱圧系統配管１１の温度低下を防ぎ、脱圧時間が長くなるのを回避している。
【００３６】
図２〜図４に、加温装置１３の具体例を示す。図２は加温装置として、熱源に電熱を用いた電気ヒータ２９を設けた例であり、図３は加温装置として、熱源に蒸気を用いた蒸気ヒータ３６を設けた例である。図３の場合、ガスタービンの排熱を利用して排熱回収ボイラ３１で生成された蒸気を蒸気タービン３４に送る主蒸気配管３３を設け、この主蒸気配管３３に分岐してヒータ用蒸気供給配管３５を設けて蒸気ヒータ３６に蒸気を供給している。蒸気ヒータ３６の低部にはスチームトラップ３７が設けられている。発明者等は、蒸気条件０．９８ＭＰａ，１８３℃の蒸気を加温装置に供給することができた。なお、ガス化炉５８には、炉内の熱を回収して蒸気を生成するシンガスクーラ５９が設けられているから、前記排熱回収ボイラ３１で生成された蒸気でなく、シンガスクーラ５９で生成された蒸気を蒸気ヒータ３６の熱源として用いるように構成してもよい。
【００３７】
また、図４の加温装置は、排熱回収ボイラ３１に供給されたガスタービン３９の燃焼排ガスの一部を排熱回収ボイラ３１の途中から取出すヒータ用排ガス供給配管４０を設け、このヒータ用排ガス供給配管４０で取出した排ガスの熱を熱源に用いて加熱を行なうガスヒータ４１としたものである。ガスヒータ４１を通過した排ガスは煙突３８に送り込まれ、排熱回収ボイラ３１を通過してきた排ガスと合流して大気に放出される。
なお、図４では、排熱回収ボイラ３１の途中から排ガスを取出す構成となっているが、排ガスの温度によっては、排熱回収ボイラ３１に導入される前、あるいは排熱回収ボイラ３１通過後の排ガスを用いるようにしても差し支えない。
【００３８】
上述のように、石炭ガス化複合発電システムにおいて、ロックホッパ装置の脱圧系統配管に加温装置を設け、加温装置の熱源として、排熱回収ボイラ３１で生成された蒸気、シンガスクーラ５９で生成された蒸気あるいは、ガスタービン発電装置から排出された排ガスを用いることで、プラント全体としての効率も向上する。
【００３９】
図５〜図７に、脱圧制御装置の他の例を示す。前記図１〜図４の脱圧制御装置は、ロックホッパ４の圧力を入力として脱圧調整弁１５の開度を制御するものであるが、図５〜図７に示す脱圧制御装置４３は、脱圧配管のある個所、好ましくは温度勾配が急激に変化すると想定される個所の温度を温度検出器４２を介して検出し、検出された温度を入力として脱圧調整弁１５の開度を制御するものである。具体的には、検出された配管温度があらかじめ設定された温度になったら、脱圧調整弁１５の開度を絞り、減圧速度を低下させて減圧による温度降下を抑制するように制御する。
【００４０】
このように配管温度に基づいて脱圧調整弁１５すなわち脱圧操作を制御することにより、より確実に構造材料の温度を許容温度範囲内、つまり許容される下限使用温度以上に維持することができる。また、構造材料の温度を必要以上に狭い範囲に制御する惧れもないから、脱圧時間を過大にすることもないし、加熱のための熱源の使用量を低減することができる。
【００４１】
図８に、図１に示す脱圧系統配管１１の、ロックホッパ４との接続部分の形状の他の例を示す。図８の（ａ）は、ロックホッパ４に接続した短管にレジューサ１２を接続し、流路断面積をレジューサ１２で連続的に減少させた例である。図８の（ｂ）は、レジューサ１２を複数個互いに短管を挟んで接続し、流路断面積を減少させた例である。図８の（ｃ）は、径が直線的に減少するテーパ管を用いて流路断面積を滑らかに減少させた例であり、図８の（ｄ）は、径がベルマウス状に減少するテーパ管を用いて流路断面積を滑らかに減少させた例である。いずれの形状も流路断面積の急激な変化を避け、管内圧力の急激な変化を抑制して局所的に生じる過大な温度降下を緩和する効果がある。
【００４２】
すなわち、脱圧系統配管では、ホッパ容器に接続する部分が圧力変化の度合が大きいため、温度が低下しやすい。したがって、脱圧系統配管とホッパ容器の接続部分に、ホッパ容器から下流側に離れるにつれて、脱圧系統配管の流路断面積を連続的に減少させる形状を設けることが望ましい。例えば、レジューサにより流路断面積を減少させる構成、テーパ管を使用して流路断面積を減少させる構成、あるいはベルマウスノズルを使用して流路断面積を減少させる構成などを採用する。このような形状とすることで、大きな圧力勾配が生ずるのを避け、局所的に過大な低温化が生じるのを緩和することが可能になる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ロックホッパ装置入口配管
２  常圧ホッパ
３、５，８，４７，４９，６１，６３  粉体弁
４  ロックホッパ
６  供給ホッパ
７、５１，６５  ロータリーバルブ
９，５２，６６  エゼクタ
１０  ロックホッパ装置出口配管
１１，５４，６８  脱圧系統配管
１２  レジューサ
１３  加温装置
１４  フィルタ
１５、５５，６９  脱圧調整弁
１６  オリフィス
１７  サイレンサ
１８  圧力検出器
１９、４３  脱圧制御装置
２０，５６，７０  加圧系統配管
２１，５７，７１  加圧調整弁
２２  ロードセル
２３  粉体流量制御装置
２４  搬送用ガス供給配管
２５，２８  均圧配管
２６，２７  均圧弁
２９  電気を熱源とする加温装置
３０  ヒータ用電源装置
３１，７８  排熱回収ボイラ
３２，７９  蒸気ドラム
３３  主蒸気配管
３４，８０  蒸気タービン
３５  ヒータ用蒸気供給配管
３６  蒸気ヒータ
３７  スチームトラップ
３８，８１  煙突
３９，７３  ガスタービン
４０  ヒータ用排ガス供給配管
４１  ガスヒータ
４２  温度検出器
４４  テーパ管
４５  ベルマウスノズル
４６  石炭常圧ホッパ
４８  石炭ロックホッパ
５０  石炭供給ホッパ
５３  石炭バーナ
５８  ガス化炉
５９  シンガスクーラ
６０  高温脱塵装置
６２  チャーロックホッパ
６４  チャー供給ホッパ
６７  チャーバーナ
７２  ガス精製装置
７４  コンプレッサ
７５  空気分離装置
７６  酸素供給配管
７７  搬送用窒素供給配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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